煤矿井下uwb定位基站坐标定位方法
阅读说明：本技术 煤矿井下uwb定位基站坐标定位方法 (Coal mine underground UWB positioning base station coordinate positioning method ) 是由 刘亚辉 郭江涛 林引 邵严 孟小红 徐军见 胡亮 贺奎 赵光绪 张金豪 周代勇 于 2019-10-29 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种煤矿井下UWB定位基站坐标定位方法，所述方法包括：S1：判断当前煤矿井下UWB定位基站是否布置完成，若是进入步骤S3，若否进入步骤S2；S2：根据所述当前煤矿井下UWB定位需求，布置完成UWB定位基站的设置；S3：携带定位标签和惯性导航设备进入煤矿井下，并在并在当前矿井口，将所述惯性导航定位装置的坐标和当前矿井绝对坐标进行校准；S4：前往首个UWB定位基站，利用惯性导航定位装置确定所述首个UWB定位基站位置的绝对坐标；S5：确定煤矿井下各个UWB定位基站的相对坐标；S6：根据所述首个UWB定位基站的绝对坐标和所述相对坐标，确定煤矿井下所有UWB定位基站的在当前矿井的绝对坐标系中的坐标位置。通过本发明实现UWB定位基站的快速精准定位。(The invention provides a coordinate positioning method of a coal mine underground UWB positioning base station, which comprises the following steps: s1: judging whether the current underground coal mine UWB positioning base station is arranged completely, if so, entering step S3, and if not, entering step S2; s2: according to the current underground coal mine UWB positioning requirement, setting of a UWB positioning base station is arranged and completed; s3: carrying a positioning tag and inertial navigation equipment to enter the underground of the coal mine, and calibrating the coordinates of the inertial navigation positioning device and the current absolute mine coordinates at the current mine port; s4: the method comprises the steps of moving to a first UWB positioning base station, and determining the absolute coordinate of the position of the first UWB positioning base station by using an inertial navigation positioning device; s5: determining relative coordinates of various UWB positioning base stations in the underground coal mine; s6: and determining the coordinate positions of all UWB positioning base stations under the coal mine in the absolute coordinate system of the current mine according to the absolute coordinates and the relative coordinates of the first UWB positioning base station. The invention realizes the rapid and accurate positioning of the UWB positioning base station.)
技术领域
本发明涉及煤矿井下定位技术领域，尤其涉及一种煤矿井下UWB定位基站 坐标定位方法。
背景技术
由于煤矿井下特殊的地理环境，一旦发生事故，救援人员往往难以了解井 下的实际情况和被困人员的准确位置，使得抢险救灾工作异常困难。为了能够 实时了解井下工作人员的位置状态或者设备的位置状态，需要对井下人员位置 或设备位置进行定位，但传统的定位技术，如GPS定位由于各自的局限性而难 以在煤矿井下应用，而基于超宽带(UWB)无线通信的精确测距和定位技术，由 于具有结构简单、成本低、体积小、功耗低、多径分辨率高、抗噪声和抗干扰 能力强等优势成为井下定位的研究重点。现阶段，UWB定位技术还未在煤矿井 下大规模应用，对该技术的定位基站的安装工艺研究甚少，现有UWB精确定位 系统在安装时无法确定基站在矿井绝对坐标中的位置，且在系统运行时仅能提 供定位标签性对与基站的相对位置，无法提供定位标签在绝对坐标体系准确位 置信息，不利于对携带定位标签的工作人员或设备的定位的，无法为安全生产 以及救援工作提供数据保障。
因此，亟需一种煤矿井下UWB定位基站基于矿井绝对坐标系中坐标位置定 位方法。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种煤矿井下UWB定位基站坐标定位方法。
本发明提供一种煤矿井下UWB定位基站坐标定位方法，其特征在于：所述 方法包括如下步骤：
S1：判断当前煤矿井下UWB定位基站是否布置完成，若是，进入步骤S3， 若否，进入步骤S2；
S2：根据所述当前煤矿井下UWB定位需求，布置完成UWB定位基站的设置；
S3：携带定位标签和惯性导航设备进入煤矿井下，并在并在当前矿井口， 将所述惯性导航定位装置的坐标和当前矿井绝对坐标进行校准；
S4：前往首个UWB定位基站，利用惯性导航定位装置确定所述首个UWB定 位基站位置的绝对坐标；
S5：确定煤矿井下各个UWB定位基站的相对坐标；
S6：根据所述首个UWB定位基站的绝对坐标和所述相对坐标，确定煤矿井 下所有UWB定位基站的在当前矿井的绝对坐标系中的坐标位置。
进一步，所述矿井绝对坐标具体包括：
以当前矿井口中点为原点，以经度为X坐标轴，以纬度为Y坐标轴，以海 拔高度为Z坐标轴，建立矿井绝对坐标；其中，所述矿井绝对坐标为直角坐标， 东方为X轴正方向，北方为Y轴正方向，开采水平高度为Z轴正方向。
进一步，所述步骤S4具体为，携带校准后的所述惯性导航定位装置行进至 首个UWB定位基站位置，利用所述惯性导航定位装置测得的坐标标注所述首个 UWB定位基站的在绝对坐标系中的坐标位置。
进一步，所述步骤S5具体为，在UWB定位基站覆盖范围内，利用携带的 UWB定位标签，由UWB定位软件获取煤矿井下UWB定位基站的相对坐标，所述 相对坐标为每两个UWB定位基站之间的坐标。
进一步，所述相对坐标或者为除开所述首个UWB定位基站外的剩余UWB定 位基站相对所述首个UWB定位基站的坐标。
进一步，所述步骤S6具体为，所述首个定位基站的绝对坐标与UWB定位基 站的相对坐标之和，即为当前UWB定位基站的在矿井绝对坐标系中的坐标位置， 逐个计算，确定所有的UWB定位基站在矿井绝对坐标系中的坐标位置。
进一步，所述步骤S6或者为，
计算相对坐标系中包含所述首个UWB定位基站的一类UWB定位基站的绝对 坐标，所述一类UWB定位基站绝对坐标等于首个定位基站的绝对坐标与UWB定 位基站的相对坐标之和；
计算相对坐标系中含有一类UWB定位基站的二类UWB定位基站的绝对坐标， 所述二类UWB定位基站绝对坐标等于一类UWB定位基站的绝对坐标与所述二类 UWB定位基站的相对坐标之和；
逐类计算，确定所有的UWB定位基站在矿井绝对坐标系中的坐标位置。
本发明的有益技术效果：通过惯性导航定位装置，将UWB定位基站的坐标 位置在矿井的绝对坐标中标注，实现快速定位UWB定位基站的在矿井绝对坐标 系中的坐标位置，指导UWB精确定位系统基站的现场安装，并为安全生产以及 救援工作提供技术支撑。
具体实施方式
以下对本发明做出进一步的说明：
本发明提供的一种煤矿井下UWB定位基站坐标定位方法，其特征在于：所 述方法包括如下步骤：
S1：判断当前煤矿井下UWB定位基站是否布置完成，若是，进入步骤S3， 若否，进入步骤S2；
S2：根据所述当前煤矿井下UWB定位需求，布置完成UWB定位基站的设置； 所述UWB定位需求至少包括UWB定位范围和UWB定位精度，所述UWB时英文 Ultra Wide Band的简写，中文意思为超宽带技术，一种无线载波通信技术， 它不采用正弦载波，而是利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，因此其所占 的频谱范围很宽。UWB技术具有系统复杂度低，发射信号功率谱密度低，对信 道衰落不敏感，截获能力低，定位精度高等优点，尤其适用于室内等密集多径 场所的高速无线接入。
S3：携带定位标签和惯性导航设备进入煤矿井下，并在并在当前矿井口， 将所述惯性导航定位装置的坐标和当前矿井绝对坐标进行校准；在UWB定位系 统中由UWB定位基站、UWB定位标签和UWB定位软件组成，通过携带UWB定位 标签进入UWB定位基站的信号覆盖区域后，在任何时刻、任意位置，定位基站 都可以感应到信号，并上传到UWB定位软件所在的服务器，以方便管理人员， 随时了解携带UWB定位标签的工作人员的位置信息。在本实施例中，因UWB定 位精度的要求，以及惯性导航设备的累计误差，故，在确定UWB定位基站后，选用合适的惯性导航设备，如UWB定位基站的误差需控制在预设阈值范围内， 则所述惯性导航设备的误差需满足其中，Zα表示惯性 导航设备的误差，ZUMB表示UWB定位基站误差阈值，SUMB表示首个UWB定位基 站距离矿井口的路程，Sα表示惯性导航在产生Zα误差行走的路程；如UWB基站 定位误差须控制在0.3米，所述首个UWB定位基站距离矿井口的位置为100米 左右，则惯性导航定位误差应控制在为每走动1000米误差为3米以内，本领域 技术人员可根据实际的精度需要，选购合适的惯性导航设备；
S4：前往首个UWB定位基站，利用惯性导航定位装置确定所述首个UWB定 位基站位置的绝对坐标；所述首个UWB定位基站是指距离矿井口最近的UWB定 位基站；
S5：确定煤矿井下各个UWB定位基站的相对坐标；
S6：根据所述首个UWB定位基站的绝对坐标和所述相对坐标，确定煤矿井 下所有UWB定位基站的在当前矿井的绝对坐标系中的坐标位置。
通过惯性导航定位装置，将UWB定位基站的坐标位置在矿井的绝对坐标中 标注，实现快速定位UWB定位基站的在矿井绝对坐标系中的坐标位置，指导UWB 精确定位系统基站的现场安装，并为安全生产以及救援工作提供技术支撑。
在本实施例中，以当前矿井口中点为原点，以经度为X坐标轴，以纬度为 Y坐标轴，以海拔高度为Z坐标轴，建立矿井绝对坐标；其中，所述矿井绝对 坐标为直角坐标，东方为X轴正方向，北方为Y轴正方向，开采水平高度为Z 轴正方向。通过建立矿井绝对坐标系，将煤矿井下的坐标信息在矿井绝对坐标 系中标注，为后续救援或越界开采检查，提供数据支撑。
在本实施例中，携带校准后的所述惯性导航定位装置行进至首个UWB定位 基站位置，利用所述惯性导航定位装置测得的坐标标注所述首个UWB定位基站 的在绝对坐标系中的坐标位置。在矿井口对所述惯性导航定位装置进行定位后， 携带所述惯性导航定位装置前往首个UWB定位基站，到达所述首个UWB定位基 站后，所述惯性导航定位装置的坐标信息为所述首个UWB定位基站在绝对坐标 系中的坐标位置。
在本实施例中，所述步骤S5具体为，在UWB定位基站覆盖范围内，利用携 带的UWB定位标签，由UWB定位软件获取煤矿井下UWB定位基站的相对坐标， 所述相对坐标为每两个UWB定位基站之间的坐标。如煤矿井下共有200个UWB 定位基站，根据排列组合则可形成种相对坐标；
所述相对坐标或者为除开所述首个UWB定位基站外的剩余UWB定位基站相 对所述首个UWB定位基站的坐标。如煤矿井下共有200个UWB定位基站，则可 形成199个相对坐标；
所述步骤S6具体为，所述首个UWB定位基站的绝对坐标与UWB定位基站的 相对坐标之和，即为当前UWB定位基站的在矿井绝对坐标系中的坐标位置，以 此类推，确定所有的UWB定位基站在矿井绝对坐标系中的坐标位置。如首个UWB 定位基站的坐标为Af(xf,yf,zf)，其中，Af表示首个UWB定位基站在矿井 绝对坐标中的坐标位置，如某个UWB定位基站与所述首个UWB定位基站的相对 坐标为Ax(xx,yx,zx)，则所述首个UWB定位基站的绝对坐标为Ai(xx+xf,yx+yf,zx+zf)，以此类推，直至剩余的UWB定位基站 均在矿井绝对坐标系中标注坐标位置。从而实现煤矿井下UWB定位基站的坐标 快速标定。
在本实施例中，所述步骤S6还可为，
计算相对坐标系中包含所述首个UWB定位基站的一类UWB定位基站的绝对 坐标，所述一类UWB定位基站绝对坐标等于首个定位基站的绝对坐标与UWB定 位基站的相对坐标之和；所述一类UWB定位基站表示与所述首个定位基站组成 相对坐标的UWB定位基站的集合；
计算相对坐标系中含有一类UWB定位基站的二类UWB定位基站的绝对坐标， 所述二类UWB定位基站绝对坐标等于一类UWB定位基站的绝对坐标与所述二类 UWB定位基站的相对坐标之和；所述二类UWB定位基站表示与所述一类UWB定 位基站组成相对坐标的UWB定位基站的集合；
以此类推，确定所有的UWB定位基站在矿井绝对坐标系中的坐标位置。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管 参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解， 可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的 宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。